Фотоэлектрические, или оптические, датчики — это устройства, преобразующие изменения светового потока в электрический сигнал. По типу выходного сигнала они делятся на две основные категории: аналоговые и дискретные. Аналоговые датчики генерируют выходной сигнал, величина которого прямо пропорциональна уровню внешней освещённости. В отличие от них, дискретные датчики работают по принципу «включено/выключено»: их выходной сигнал резко меняет своё состояние (например, с высокого уровня на низкий) при достижении определённого, заранее заданного порога освещённости.
Назначение и сфера применения
Основная задача оптического бесконтактного датчика — фиксировать изменения светового потока в контролируемой зоне. Это позволяет обнаруживать присутствие, отсутствие, положение или перемещение объектов в механических системах и производственных линиях без физического контакта с ними.
По области использования фотоэлектрические датчики классифицируются на устройства общего и специального назначения. Последние разрабатываются для решения конкретных, узкоспециализированных задач в специфических условиях.
Конструкция и методы обнаружения
В основе фотоэлектрического датчика лежит пара ключевых элементов: излучатель (источник света, обычно светодиод) и приёмник (фотодетектор). Они могут быть размещены как в едином корпусе, так и в двух раздельных. Существует три основных метода обнаружения объектов, определяющих конструкцию и принцип действия датчика:
1. Метод пересечения луча (сквозной луч)
Излучатель и приёмник устанавливаются друг напротив друга в отдельных корпусах. Излучатель постоянно генерирует световой луч, который улавливается приёмником. Объект регистрируется в момент, когда он пересекает этот луч, прерывая оптическую связь между двумя модулями. Это самый надёжный метод, обеспечивающий большую дальность действия и высокую точность.
2. Метод отражения от рефлектора (отражённый луч)
Излучатель и приёмник объединены в одном корпусе. Напротив датчика устанавливается специальный отражатель (рефлектор, катафот). Датчик посылает луч, который отражается от рефлектора и возвращается к приёмнику. Объект фиксируется, когда он прерывает этот отражённый луч. Для исключения ложных срабатываний от блестящих поверхностей часто используются датчики с поляризационным фильтром, который распознаёт свет, отражённый только от «правильного» рефлектора.
3. Метод диффузного отражения (от объекта)
Как и в предыдущем случае, излучатель и приёмник находятся в общем корпусе. Однако здесь луч направляется непосредственно на контролируемый объект, который сам выступает в роли отражателя. Датчик срабатывает, когда свет, рассеянный (отражённый) поверхностью объекта, попадает на его приёмник. Этот метод наиболее удобен для обнаружения объектов на коротких расстояниях без необходимости установки отдельного рефлектора.
Практическое применение
Дискретные фотоэлектрические датчики нашли широчайшее применение в промышленности в качестве бесконтактных выключателей. Они используются для подсчёта изделий, контроля наличия материалов, точного позиционирования и обеспечения безопасности на конвейерных линиях и автоматизированных технологических комплексах.
Аналоговые датчики чаще всего интегрируются в системы автоматического управления, например, для плавной регулировки уровня освещённости в зависимости от времени суток или наличия естественного света.
Современные фотоэлектрические датчики способны обнаруживать объекты на расстояниях от долей миллиметра (для миниатюрных моделей) до нескольких десятков метров, что делает их универсальным инструментом для автоматизации.